Устройство для ультразвукового контроля металлов

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов с помощью электро магнитно-акустических методов и может быть использовано в толщинометрии и дефектоскопии/Целью изобретения является повышение достоверности контроля за счет увеличения амплитуды импульса надмагничивающего поля и снижения потребляемой мощности. Генератор импульсов тока возбуждает в контролируемом изделии ультразвуковые колебания. Энергия, накапливаемая в обмотке 16 и магнитопроводе 15, с помощью четырехплечего моста, составленного из тиристоров 7-10, возвращается в накопительный конденсатор 6 и используется в следующем цикле измерений. Путем коммутации тиристоров 7-10 обеспечивается неизменность направления тока в обмотке 16. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ni>s G 01 N 29/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4

ЬЭ

00 V

00 (Л (21) 4807701/28 (22) 29.01.90 (46) 23.04.92,. Бюл, № 15 (71) Научно-производственное объединение

"Днепрчерметавтоматика" (72) С,К,Заславский, П,В.Орьев, А.И.Иванов и Е.В.Холод (53) 620.179.14(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 275488, кл. G 01 N 29/04, 30,10,70.

Авторское свидетельство СССР

¹ 926599, кл. G 01 N 29/04, 07.05.82. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ МЕТАЛЛОВ (57) Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов с помощью электромагнитно-акустических

„„5U„„1728785 А1 методов и может быть использовано в толщинометрии и дефектоскопии. Целью изобретения является, повышение достоверности контроля за.счет увеличения амплитуды импульса надмагничивающего поля и снижения потребляемой мощности.

Генератор импульсов тока возбуждает 8 контролируемом изделии ультразвуковые колебания. Энергия, накапливаемая в обмотке 16 и магнитопроводе 15, с помощью четырехплечего моста, составленного иэ тиристоров 7 — 10, возвращается в накопительный конденсатор 6 и используется в следующем цикле измерений. Путем коммутации тиристоров 7 — 10 обеспечивается неизменность направления тока в обмотке 16.

2 ил, 1728785

Изобретение относится к устройствам для неразрушающего контроля металлов с помощью электромагнитно-акустических преобразователей и может найти применение для измерения толщины и выявления дефектов в листах, трубах и других изделиях.

Известны устройства бесконтактного ультразвукового испытания материалов, использующие явление электромагнитно-акустического (ЭМА) преобразования для возбуждения и приема ультразвука, в которых подмагничивающее поле создается импульсным электромагнитом.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для ультразвукового контроля металлов, содержащее электрически связанные между собой высокочастотный генератор и схему его запуска, последовательно соединенные приемник эхо-сигнала и индикатор, второй вход которого соединен с выходом схемы запуска высокочастотного генератора, триггер Шмитта, генератор импульсов тока, выполненный в виде электрически соединенных в одной точке вентиля, конденсатора, тиристора, подключенного управляющим электродом к выходу триггера

Шмитта, ЭМА преобразователь, содержащий электромагнит и измерительную катушку, которая присоединена к высокочастотному генератору и приемнику, а электромагнит подключен к выходу генератора импульсов тока, ограничитель напряжения и двухполупериодный выпрямитель, выход которого подключен к входу генератора импульсов тока и к входу ограничителя, а выход последнего присоединен к входу триггера Шмитта.

Недостатком этого устройство является высокое энергопотребление схемы возбуждения импульсной обмотки электромагнита, связанное с тем, что энергия магнитного поля, создаваемого в каждом импульсе, после окончания действия импульса полностью преобразуется в тепловую энергию, и это не позволяет достигнуть при малых габаритах устройства высокой достоверности контроля за счет увеличения магнитной индукции подмагничивающего поля, создаваемого электромагнитом в импульсе.

Цель изобретения — повышение достоверности контроля за счет увеличения амплитуды импульса подмагничивающего поля и снижения потребляемой мощности.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для ультразвукового контроля металлов, содержащее последовательно соединенные генератор иМпульсов тока, состоящий из накопительного конденсатора и

55 схемы коммутации разрядного тока, схему запуска, генератор зондирующих импульсов и электромагнитно-акустический преобразователь, состоящий из электромагнита с импульсной обмоткой, подключенной к генератору импульсов тока, и высокочастотного приемно-излучающего индуктора, и последовательно соединенные приемник эхо-сигнала, подключенный к выходу высокочастотного приемно-излучающего индуктора и блока обработки сигнала, второй вход которого соединен с выходом схемы запуска, снабжено последовательно соединенными нуль-компаратором и формирователем управляющих импульсов, двунаправленным электронным ключом, вход которого объединен с входом нуль-компаратора и предназначен для подключения к источнику питания, выход подключен к накопительному конденсатору, а вход управления соединен с выходом формирователя управляющих импульсов, схема коммутации разрядного тока выполнена в виде четырехплечего моста, состоящего из четырех тиристоров, диагональ переменного тока которого подключена к накопительному конденсатору, а диагональ постоянного тока является выходом генератора импульсов тока.

На фиг, 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — эпюры импульсов напряжения и тока, вырабатываемых в процессе работы устройства, Устройство для ультразвукового контроля металлов состоит из генератора 1 зондирующих импульсов и схемы 2 его запуска, приемника 3 эхо-сигнала и блока 4 обработки сигнала, генератора 5 импульсов тока, содержащего накопительный конденсатор 6 и четыре тиристора 7-10, нуль-компаратора

11, двунаправленного электронного ключа

12, формирователя 13 управляющих импульсов, ЭМА преобразователя 14, содержащего электромагнит 15 импульсной обмотки 16 и высокочастотный приемно-излучающий индуктор 17, Вход генератора 1 зондирующих импульсов подключен к выходу схемы 2 его запуска, Приемник 3 эхо-сигнала соединен последовательно с блоком 4 обработки сигнала, второй вход которого соединен с выходом схемы 2 запуска генератора зондирующих импульсов.

Вход нуль-компаратора 11 соединен с первой шиной подключения источника переменного тока, нуль-компаратор 11 последовательно соединен с формирователем 13 управляющих импульсов. Выводы импульсной обмотки 16 электромагнита 15 соедине1728785

50

55 ны с синхронизирующими входами схемы 2 запуска генератора зондирующих импульсоВ. Высокочастотный приемно-излучающий индуктор 17 соединен с выходом генератора 1 зондирующих импульсов и с входом приемника 3 эхо-сигнала. Двунаправленный электронный ключ 12 включен между первой шиной подключения источника переменного тока и первым выводом накопительного конденсатора 6, второй вывод которого присоединен к второй шине подключения источника переменного тока. Четыре тиристора 7-10 образуют четы рехплечий мост, диагональ переменного тока которого подключена к выводам накопительного конденсатора, в диагональ постоянного тока включена импульсная обмотка 16 электромагнита, управляющие электроды тиристоров 7 — 10 присоединены соответственно к первым четырем выводам формирователя 15 управляющих импульсов (не показано), а пятый выход формирователя 13 управляющих импульсов подключен к управляющему входу двунаправленного электронного ключа 12 (не показано).

Устройство работает следующим образом.

Переменное напряжение 18 с шины подключения источника переменного тока поступает на вход нуль-компаратора 11 и через него на вход формирователя 13 управляющих импульсов. Импульсы напряжения

19 на выходе нуль-компаратора соответствуют положительным полупериодам входного переменного напряжения. Фронт и спадэтих импульсов используются вформирователе 13 управляющих импульсов как начальные моменты времени циклов формирования управляющих импульсов, Формирователь 13 управляющих импульсов вырабатывает на пятом выходе в первой половине каждого полупериода управляющий импульс 20, поступающий на управляющий вход двунаправленного электронного ключа 12. Двунаправленный электронный ключ 12 (семистор) открывается после того, как возрастающее (по величине) входное напряжение 18 станет больше напряжения на накопительном конденсаторе

6 (соответствующие участки полупериодов показаны штриховкой на эпюре 18), и закрываетСя в тот момент времени, когда начинается спад входного напряжения (по абсолютной величине). В цикле, соответствующем положительному полупериоду входного напряжения, на первом и втором выходе формирователя 13 управляющих импульсов формируется импульс 21, отпирающий тиристоры 7 и 9. Накопительный конденсатор 6 разряжается через импульс5

40 ную обмотку 16 электромагнита 15 и перезаряжается с изменением полярности напряжения на обкладках. При этом энергия магнитного поля возвращается в конденсатор. Ciocne исчезновения тока в импульсной обмотке 16 электромагнита 15 тиристоры 7 и 9 закрываются и начинается цикл, соответствующий отрицательному полупериоду входного напряжения. После подзаряда накопительного конденсатора 6 через двунаправленный электронный ключ 12 на 3-м и

4-м выходах формирователя 13 управляющих импульсов вырабатывается импульс 22, отпирающий тиристоры 8 и 10. Накопительный конденсатор 6 разряжается через импульсную обмотку 16 электромагнита 15 и перезаряжается с изменением полярности напряжения на обкладках.

Направление разрядного тока 23 в импульсной обмотке 16 электромагнита 15 не изменяется в процессе работы устройства.

Ток 23, протекая по импульсной обмотке 16 электромагнита 15, создает импульс магнитного поля. В синхронизирующую цепь схемы запуска генератора зондирующих импульсов подается напряжение, формируемое генератором импульсов тока, нагруженным на импульсную обмотку электромагнита, Во время импульса тока это напряжение равно напряжению на накопительном конденсаторе в процессе его разряда и переразряда через импульсную обмотку электромагнита. Величиной и знаком этого напряжения определяется фаза разряда, При нулевом напряжении на накопительном конденсаторе ток в импульсной обмотке 16 максимальный. В этот. момент на выходе схемы 2 вырабатывается импульс, которым включается генератор 1 зондирующих импульсов и блок 4 обработки сигнала.

Радиоимпул ьс, формируемый генератором

1 зондирующих импульсов, проходя по излучающей катушке высокочастотного приемно-излучающего индуктора 17, создает вихревые токи в контролируемом металле.

При взаимодействии вихревых токов с магнитным полем импульсной обмотки 16 возникают знакопеременные силы Лоренца, которые создают в металле ультразвуковые колебания. При обратном ЭМА преобразовании ЭДС наводится в измерительной катушке высокочастного приемноизлучающего индуктора 17. Эта ЭДС усиливается приемником 3 эхо-сигнала и поступает в блок 4 обработки сигнала. По величине и положению эхо-сигналов оцениваются параметры контролируемого металла.

Таким образом, за счет рекуперации энергии магнитного поля в накопительном

1728785

35

45

55 конденсаторе 6 после каждого его разряда (при "инерционном" переразряде с изменением полярности напряжения на обкладках) достигается снижение потребляемой мощности. При этом направление разрядного тока в импульсной обмотке 16 электромагнита 15 неизменно и перемагничивания сердечника электромагнита 15 не происходит. Снижение потребляемой мощности ведет к повышению надежности и уменьшению перегрева устройства, что позволяет повысить достоверность контроля.

Формула изобретения

Устройство для ультразвукового контроля металлов, содержащее последовательно соединенные генератор импульсов тока, состоящий из накопительного конденсатора и схемы коммутации разрядного тока, схему запуска, генератор зондирующих импульсов и электромагнитно-акустический преобразователь, состоящий из электромагнита с импульсной обмоткой, подключенной к генератору импульсов тока, и высокочастотного приемно-излучающего индуктора, и последовательно соединенные приемник эхо-сигнала, подключенный к выходу высокочастотного приемно-излучающего индуктора и блока обработки сигнала, 5 второй вход которого соединен с выходом схемы запуска, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности контроля, оно снабжено последовательно соединенными нуль-компаратором и

10 формирователем управляющих импульсов, двунаправленным электронным ключом, вход которого объединен с входом нуль-компаратора и предназначен для подключения к источнику питания, выход подключен к

15 накопительному конденсатору, а вход управления соединен с выходом формирователя управляющих импульсов, схема коммутации разрядного тока выполнена в виде четырехплечего моста, состоящего из

20 четырех тиристоров, диагональ переменного тока которого подключена к накопительному конденсатору, а диагональ постоянного тока является выходом генератора импульсов тока, 25

1728785

21 Риг. 2

Составитель С.Заславский

Техред М.Моргентал Корректор И.Муска

Редактор В.Данко

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1405 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5